第6章+塑料成型加工原理+擠出-精簡

1、第六章第六章塑料成型加工原理塑料成型加工原理CONTENTCONTENT6.1 概述 (General)6.2 口模成型 (The Die Forming)6.3 模塑和鑄塑 (Molding and Moulding)6.4 壓延成型 (Calendering Forming)何謂塑料何謂塑料 可塑可塑 可以借助成型工具，在一定的溫度和壓力下可以借助成型工具，在一定的溫度和壓力下塑制成各種形狀和尺寸的制品。塑制成各種形狀和尺寸的制品。 有機高分子材料有機高分子材料 應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣：遍及人們生活的：遍及人們生活的各個領(lǐng)域各個領(lǐng)域 產(chǎn)量最大產(chǎn)量最大：2005年全球料塑產(chǎn)量達年全球料塑產(chǎn)量達2億

2、噸億噸 品種最多品種最多：300多種或多種或上千種上千種6.1 概述(General) 1838年，AParker制備出了第一種人造塑料硝酸纖維素，并在1862年倫敦的國際展覽會上展出。當(dāng)時，人們希望該材料能替代象牙一類的天然材料，被稱為Parkesine。1840年，Goodyear和Hancock針對天然橡膠開發(fā)了“硫化”工序，達到消除黏性增加彈性的目的。通過加入硫磺粉末在橡膠本體中產(chǎn)生了額外的化學(xué)鍵，從而使得天然橡膠性能發(fā)生改變。 1851年，硬質(zhì)橡膠實現(xiàn)商品化。1872年，紐約的J.Hyatt在高溫高壓下制備了低硝酸含量的硝酸纖維素，俗稱賽璐珞，并申請了專利。它是第一種具有商業(yè)價值的塑

3、料，也是在1907年Bakeland開發(fā)出酚醛塑料前唯一的商品塑料。而由苯酚和甲醛反應(yīng)制得酚醛塑料則是最古老的真正意義上的合成塑料。賽璐珞與塑料的歷史賽璐珞與塑料的歷史 第一個合成塑料（第一個合成塑料（1872年工業(yè)化）年工業(yè)化） 賽璐珞賽璐珞 celluloid (Xylonite) 假象牙；電影膠片假象牙；電影膠片 發(fā)明人：發(fā)明人：Parkesine, John Hyatt 即硝化纖維或纖維素硝酸酯即硝化纖維或纖維素硝酸酯+樟腦樟腦 特點：堅硬特點：堅硬 合適的韌性合適的韌性 在潛入物體周圍有在潛入物體周圍有“后收縮后收縮” 缺點：缺點：易燃易燃、不耐化學(xué)腐蝕、不耐化學(xué)腐蝕賽璐珞制造的乒賽

4、璐珞制造的乒乓球和眼鏡架乓球和眼鏡架 一些通用聚合物的大致開發(fā)時間一些通用聚合物的大致開發(fā)時間汽車刮雨器汽車刮雨器的馬達系統(tǒng)的馬達系統(tǒng)塑鋼塑鋼門窗門窗塑料的應(yīng)用塑料的應(yīng)用遍及人們生活的各個領(lǐng)域遍及人們生活的各個領(lǐng)域塑料的組成與配制塑料的組成與配制增塑劑增塑劑穩(wěn)定劑：熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑穩(wěn)定劑：熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑填充劑（填料）：無機粉末填充劑（填料）：無機粉末增強劑：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維增強劑：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維著色劑著色劑潤滑劑潤滑劑抗靜電劑抗靜電劑阻燃劑阻燃劑 助劑助劑o塑料的組成塑料的組成:樹脂和助劑樹脂和助劑塑料的組成與配制塑料的組成與配制 熱塑性塑料的熱塑性塑料

5、的配制配制 粉狀樹脂粉狀樹脂 助劑助劑 熱固性塑料的配制熱固性塑料的配制粉狀配料：粉狀配料： 單體單體混合混合混合機或捏合機混合機或捏合機擠出擠出螺桿擠出機螺桿擠出機切粒機切粒機切粒切粒包裝包裝縮聚縮聚達到一定黏度達到一定黏度即一定分子量即一定分子量的樹脂的樹脂+助劑助劑干燥干燥粉碎粉碎過篩過篩包裝包裝 熱固性塑料的配制熱固性塑料的配制團塊狀料的配制團塊狀料的配制 單體單體層壓板、棒材的制備層壓板、棒材的制備 塑料的組成與配制塑料的組成與配制縮聚縮聚樹脂樹脂一定黏度一定黏度的膠液的膠液溶劑溶劑纖維增強劑纖維增強劑 +團狀料團狀料烘干烘干包裝包裝配制樹脂膠液配制樹脂膠液（含固化劑）（含固化劑）

6、浸漬增強劑浸漬增強劑（紙張、織物）（紙張、織物）烘干烘干壓制固化壓制固化塑料加工的概念塑料加工的概念 塑料加工塑料加工(Plastics Processing)是將是將塑料物料轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵱弥破返母鞣N工藝和工程。塑料物料轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵱弥破返母鞣N工藝和工程。即在加工條件下使塑料物料通過形變和流動轉(zhuǎn)即在加工條件下使塑料物料通過形變和流動轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足使用性能的所需形狀產(chǎn)品。變?yōu)闈M足使用性能的所需形狀產(chǎn)品。塑料加工方法分類(一) 根據(jù)加工工藝、方法和加工時塑料物料的特點，根據(jù)加工工藝、方法和加工時塑料物料的特點，塑料的成型加工有不同分類方法。按塑料成型加工塑料的成型加工有不同分類方法。按塑料成型加工過程的運作方

7、式，有連續(xù)法過程的運作方式，有連續(xù)法(Continuous)、半連、半連續(xù)法續(xù)法(Semi-continuous)和間歇法和間歇法(Intermittent)加加工技術(shù)之分。工技術(shù)之分。 連續(xù)法加工技術(shù)有以下特點連續(xù)法加工技術(shù)有以下特點 加工成型過程為連續(xù)運作方式，生產(chǎn)的任一環(huán)節(jié)或加工成型過程為連續(xù)運作方式，生產(chǎn)的任一環(huán)節(jié)或步驟在運行時間中均不產(chǎn)生任何間斷，加工物料按步驟在運行時間中均不產(chǎn)生任何間斷，加工物料按預(yù)定程序和運行時間從前一崗位自動地進入下一崗預(yù)定程序和運行時間從前一崗位自動地進入下一崗位；位；每一種制品具有各自特定的，且生產(chǎn)過程中均保持每一種制品具有各自特定的，且生產(chǎn)過程中均保持不

8、變的斷面形狀和尺寸，而制品的長度是連續(xù)地形不變的斷面形狀和尺寸，而制品的長度是連續(xù)地形成的，且不受限制。但根據(jù)產(chǎn)品用途和運輸方便在成的，且不受限制。但根據(jù)產(chǎn)品用途和運輸方便在生產(chǎn)過程被切取成所需長度；生產(chǎn)過程被切取成所需長度；加工過程各生產(chǎn)環(huán)節(jié)或崗位始終只起到各自的特殊加工過程各生產(chǎn)環(huán)節(jié)或崗位始終只起到各自的特殊作用，實現(xiàn)物料在該位置上的加工或特定的轉(zhuǎn)變。作用，實現(xiàn)物料在該位置上的加工或特定的轉(zhuǎn)變。半連續(xù)法的特點半連續(xù)法的特點 加工過程為連續(xù)運作方式，但制品生產(chǎn)按工序進加工過程為連續(xù)運作方式，但制品生產(chǎn)按工序進行有規(guī)律的循環(huán)運作，循環(huán)中一個工序或崗位運作行有規(guī)律的循環(huán)運作，循環(huán)中一個工序或崗位

9、運作時，其他工序或崗位可處于暫停運作或準備狀態(tài)；時，其他工序或崗位可處于暫停運作或準備狀態(tài)； 成型產(chǎn)品為具有特定形狀的單個制品，制品在加成型產(chǎn)品為具有特定形狀的單個制品，制品在加工過程中是逐個制備的，每個制品均按相同的運作工過程中是逐個制備的，每個制品均按相同的運作步驟或時間進行生產(chǎn)；步驟或時間進行生產(chǎn)； 制品生產(chǎn)過程，生產(chǎn)線中的設(shè)備分別完成各自的制品生產(chǎn)過程，生產(chǎn)線中的設(shè)備分別完成各自的特定作用，按預(yù)先設(shè)定的程序和運作時間周期性地特定作用，按預(yù)先設(shè)定的程序和運作時間周期性地對物料實施加工和轉(zhuǎn)變。對物料實施加工和轉(zhuǎn)變。 間歇法加工技術(shù)的特點間歇法加工技術(shù)的特點 間歇法加工技術(shù)部分地類似于半連續(xù)

10、法間歇法加工技術(shù)部分地類似于半連續(xù)法加工技術(shù)，產(chǎn)品均為具有特定形狀的單個制加工技術(shù)，產(chǎn)品均為具有特定形狀的單個制品，每個制品生產(chǎn)過程大致有相同的工序步品，每個制品生產(chǎn)過程大致有相同的工序步驟，但工藝條件和加工運作時間均可產(chǎn)生較驟，但工藝條件和加工運作時間均可產(chǎn)生較大波動而不能用有規(guī)律的循環(huán)程序進行運作。大波動而不能用有規(guī)律的循環(huán)程序進行運作。這類加工方法中自動化程度較低，含有相當(dāng)這類加工方法中自動化程度較低，含有相當(dāng)?shù)氖止げ僮鬟\作方式。的手工操作運作方式。 塑料加工方法分類(二) 按塑料加工時的物態(tài)特征，有熔體加工技術(shù)和固態(tài)按塑料加工時的物態(tài)特征，有熔體加工技術(shù)和固態(tài)加工技術(shù)之分。加工技術(shù)之分

11、。 熔體加工技術(shù)是指塑料物料在其熔流溫度熔體加工技術(shù)是指塑料物料在其熔流溫度Tf范圍進范圍進行加工成型的方法，注射成型、擠出吹塑成型、擠行加工成型的方法，注射成型、擠出吹塑成型、擠出成型、壓延成型、涂覆成型和浸涂成型等均為熔出成型、壓延成型、涂覆成型和浸涂成型等均為熔體加工技術(shù)。體加工技術(shù)。 固態(tài)加工技術(shù)是當(dāng)塑料物料在高于玻璃化溫度固態(tài)加工技術(shù)是當(dāng)塑料物料在高于玻璃化溫度Tg以以上和低于其熔流溫度上和低于其熔流溫度Tf以下溫度區(qū)間進行加工如塑以下溫度區(qū)間進行加工如塑料片材的熱成型、真空成型和壓力成型等。料片材的熱成型、真空成型和壓力成型等。塑料加工方法分類(三) 按原料按原料-半成品半成品-成

12、品間關(guān)系來分，塑料制品生產(chǎn)成品間關(guān)系來分，塑料制品生產(chǎn)方法又有一次成型技術(shù)和二次成型技術(shù)之分。一次方法又有一次成型技術(shù)和二次成型技術(shù)之分。一次成型是通過加熱使塑料物料處于黏流態(tài)的條件下，成型是通過加熱使塑料物料處于黏流態(tài)的條件下，經(jīng)過流動、成型和冷卻硬化經(jīng)過流動、成型和冷卻硬化(或交聯(lián)固化或交聯(lián)固化)，而將塑料，而將塑料物料制成各種形狀的制品的方法；二次成型則是利物料制成各種形狀的制品的方法；二次成型則是利用一次成型所得的片、背、板等塑料成品，加熱使用一次成型所得的片、背、板等塑料成品，加熱使其處于類橡膠狀態(tài)其處于類橡膠狀態(tài)(在材料的在材料的TgTf或或Tm間間)，通過外，通過外力作用使其形變

13、而成型為各種較簡單形狀，再經(jīng)冷力作用使其形變而成型為各種較簡單形狀，再經(jīng)冷卻定型而得產(chǎn)品。卻定型而得產(chǎn)品。 原料種類原料種類 （性質(zhì)（性質(zhì)）成型方式成型方式制品的用途制品的用途 制品形狀制品形狀一次一次成型成型二次二次成型成型 擠出成型擠出成型 注射成型注射成型 模壓成型模壓成型 鑄塑成型鑄塑成型 模壓燒結(jié)成型模壓燒結(jié)成型 傳遞模塑傳遞模塑 壓延成型壓延成型 中空吹塑成型中空吹塑成型 熱成型熱成型 拉幅薄膜成型拉幅薄膜成型 冷成型冷成型塑料加工方法分類(三)塑料加工方法分類(四) 綜合各種加工方法的本質(zhì)和規(guī)律，將綜合各種加工方法的本質(zhì)和規(guī)律，將這些成型方法歸類為這些成型方法歸類為口模成型口模成

14、型，模塑成模塑成型型，壓延成型壓延成型及及二次成型二次成型 6.2.1 概述 (General)6.2.2 螺桿擠出機 (The Screw Extruder)6.2.3 擠出成型原理 (The Principles of Extrusion)6.2.4 擠出成型過程及影響因素 (Extrusion Forming and Effect Factors)6.2.5 幾種典型制品的擠出成型 (The Extrusion of Typical Products)6.2 口模成型口模成型 (The Die Forming)6.2.1 概述6.2.1.1定義 擠出成型亦稱口模成型，即借助螺桿或柱塞的擠

15、壓作用，使受熱熔化的聚合物物料在壓力推動下，強行通過口模并冷卻而成為具有恒定截面的連續(xù)型材的成型方法。管材擠出生產(chǎn)線擠出過程：第一階段固體輸送（Conveying）固體熔融（Melting）混合均化（Mixing）增壓泵送（Pumping）第二階段口模成型（Die Forming）制品定型（Product Sizing）制品冷卻（Product Cooling）切割或卷取（Cutting or furling） 1.按塑化方式分類(Plasticating Manner) 1）干法擠出 (Dry Extrusion) 2）濕法擠出 (Wet Extrusion) 2. 按加壓方式分類(Pres

16、suring Manner) 1）連續(xù)擠出 (Continuous Extrusion) 2）間歇擠出 (Intermittent Extrusion)6.2.1.2 擠出成型的分類 (Classification) 近80的塑料材料需要用擠出成型，擠出設(shè)備廣泛用于塑料材料的塑化、熔體輸送和泵送加壓，從而成為其他成型方法的基礎(chǔ)。6.2.1.3 擠出成型在聚合物加工中的地位塑化能力強生產(chǎn)效率高材料適應(yīng)寬產(chǎn)品范圍大突出的優(yōu)點用于注射成型用于注射成型用于中空吹塑用于中空吹塑用于聚合物混煉用于聚合物混煉擠出片材用于二次成型擠出片材用于二次成型用于壓延成型的物料塑化用于壓延成型的物料塑化6.2.2 螺桿

17、擠出機的基本結(jié)構(gòu) (The Main Structure of the Screw Extruder)單螺桿擠出機Single Screw Extruder雙螺桿擠出機Twin Screw Extruder 一單螺桿擠出機一單螺桿擠出機 單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)包括：傳動裝置，加料裝置、包括：傳動裝置，加料裝置、機筒、螺桿、機頭和口模及溫機筒、螺桿、機頭和口模及溫控裝置等控裝置等6 6個部分個部分單螺桿擠出機基本結(jié)構(gòu)控制單元 Control unit加料裝置 Feeding unit驅(qū)動裝置 Driving unit料 筒 Barrel 螺 桿 Screw 口 模 Die

18、傳動裝置就是帶動螺桿轉(zhuǎn)動的部分，通常由電動機、減速機構(gòu)和軸承組成。 電動機：電磁調(diào)速 直流調(diào)速 變頻調(diào)速 油壓電動機 減速器：擺線針輪式 齒輪減速器 蝸輪減速器 目前我國擠出機的變速范圍一般為 1 61.傳動裝置擠出機常見的傳動形式直流電動機擺線針輪減速器直流電動機擺線針輪減速器調(diào)速電動機無級變速器調(diào)速電動機無級變速器整流子電動機渦輪減速箱整流子電動機渦輪減速箱油壓電動機齒輪減速油壓電動機齒輪減速1）料斗：一般利用圓柱形，圓錐形，圓柱圓 錐形等，料斗內(nèi)應(yīng)設(shè)有切斷斷流，卸 除余料，干燥，預(yù)熱裝置等裝置2）加料方式： 重力上料 強制上料2.加料裝置普通料斗普通料斗真空料斗真空料斗喂料類型 Vari

19、ous Hoppers攪拌加料器螺旋加料器變量加料器強制喂料料斗Forced-feed hopper3. 擠出機機筒（Barrel） 機筒是擠出機的主要部件之一，物料的塑化和加壓都在其中進行，壓力可達3050MPa,溫度150410，因此機筒可看作受熱、受壓容器，要求高強度，耐磨，耐腐蝕，通常機筒由鋼制外殼和合金鋼內(nèi)襯共同組成，目前多采用38CrMoAl和Xaloy合金。機筒的結(jié)構(gòu)形式(1)整體式：便于加熱，冷卻系統(tǒng)的設(shè)置與拆裝，而且加熱在軸向分布上較為均勻。單螺桿擠出機整體式料筒錐形雙螺桿擠出機整體式料筒平行雙螺桿擠出機的組裝式機筒 (2)組裝式：由幾段機筒組裝而成，各段用法蘭 螺栓聯(lián)接在一

20、起，破壞了機筒加熱 的均勻性，增加了熱損失。 (3)瓣合式：機筒由兩瓣組裝而成，用螺栓聯(lián)接 在一起，便于螺桿拆卸和研究。但 同樣破壞了機筒加熱的均勻性，增 加了熱損失。平行雙螺桿擠出機平行雙螺桿擠出機的瓣合式機筒的瓣合式機筒4. 螺桿（Screw）螺桿功能段固體輸送段 (Solid Convey Zone) 熔融段 (Melting Zone)均化段 (Homogenizing Zone)加料段 (Feeding Zone)壓縮段 (Compressing Zone)計量段 (Metering Zone)螺桿結(jié)構(gòu)段普通漸變螺桿普通突變螺桿(1)螺桿各段的作用u加料段：自物料入口向前延伸的一段稱

21、為加料段，在加料段中，物料依然是固體，主要作用是使物料受壓，受熱前移，螺槽一般等距等深。u融化段：壓縮段是指螺桿中部的一段，物料在這一段中受熱前移并壓實熔化，同時也能排氣，壓縮段的螺槽體積逐漸減小。u均化段：螺桿最后一段，均化段的作用是使熔體進一步塑化均勻，并使料流定量，定壓由機頭流道均勻擠出，這段螺槽截面是恒等的，但螺槽深度較淺。螺桿三段長度的分配比例 (3)螺桿的結(jié)構(gòu)形式突變形：適于結(jié)晶型塑料漸變形：適于無定形塑料常規(guī)三段式螺桿的缺點 在常規(guī)三段螺桿加料段物料為固態(tài)，均化段時物料為液態(tài)，而壓縮段為固、液兩態(tài)并存于螺槽中，隨著固態(tài)物料的不斷減少，當(dāng)其強度不足以抵抗外力作用時，固體物料就會破碎

22、而混到液體物料中。而塑料的導(dǎo)熱性較差，完全將這些固體碎片熔融是很困難的，也是很慢的。這樣就會形成一部分物料不能徹底熔融，導(dǎo)致溫差，塑化也不均勻。 常規(guī)三段螺桿存在著溫度波動，必然也會造成壓力波動和產(chǎn)量波動大的問題。 分離型螺桿 (Separator Screw) 屏障型螺桿 (Barrier Screw) 分流型螺桿 (Diffluent Screw)(4) 幾種新型螺桿a. 分離型螺桿(Separator Screw) 這類螺桿是在螺桿的壓縮段附加一條螺紋，這兩條螺紋把原來一條螺紋形成的螺槽分成兩個螺槽，一條螺槽與加料段螺槽相通，用來輸送固態(tài)物料；另一條螺槽與均化段相通，用于液態(tài)物料的輸送。

23、這就避免了單螺紋螺桿固液共存于一個螺槽引起的溫度波動。 b.屏障型螺桿屏障型螺桿就是在螺桿的某部位設(shè)立屏障段，使未熔的固態(tài)物料不能通過，并促使固態(tài)物料熔融的一種螺桿。通常情況下，屏障段設(shè)在均化段與壓縮段相交處。屏障型螺桿的雛形屏障型螺桿的雛形 c.分流型螺桿 螺桿的某一部位設(shè)置許多突起部分、溝槽或孔道，將螺槽內(nèi)的料流分割，以改變物料的流動狀況，改進熔融狀況，增強混煉和均化作用，如銷釘螺桿即是它們的代表。Saxton 混煉頭 Dulmage混煉頭 菠蘿混煉頭 機頭和口模通常為一個整體，機頭為口模和料筒之間的過渡部分，口模是制品橫截面的成型部件。機頭的作用是將處于旋轉(zhuǎn)運動的聚合物熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€

24、運動，使物料進一步塑化均勻，并將熔體均勻而平穩(wěn)地導(dǎo)入口模，還賦予必要的成型壓力，使物料易于成型和所得制品密實?？谀榫哂幸欢ń孛嫘螤畹耐ǖ?，聚合物熔體在口模中流動時取得所需形狀，并被口模外的定型裝置和冷卻系統(tǒng)冷卻硬化而成型。5 機頭和口模a.機頭和口模的理論分區(qū) （1 1）口模集流腔：把流入口模的聚合物）口模集流腔：把流入口模的聚合物熔體流分布在整個截面上，該斷面的形熔體流分布在整個截面上，該斷面的形狀與最終產(chǎn)品相似，而與熔體輸出裝置狀與最終產(chǎn)品相似，而與熔體輸出裝置的出口形狀不同。的出口形狀不同。 （2 2）過渡流道：它使聚合物熔體以流線）過渡流道：它使聚合物熔體以流線型流入最終的口模出口。

25、型流入最終的口模出口。 （3 3）模唇：它賦予擠出物以適當(dāng)?shù)臄嗝妫┠４剑核x予擠出物以適當(dāng)?shù)臄嗝嫘螤睿⑹谷垠w形狀，并使熔體“忘記忘記”在區(qū)域（在區(qū)域（1 1）和）和區(qū)域（區(qū)域（2 2）中不均勻的流動歷史。）中不均勻的流動歷史。擠出機集流腔節(jié)流棒模唇口模結(jié)構(gòu)示意圖彈性模唇節(jié)流棒集流腔過渡流道過渡流道擠出物 包括過濾網(wǎng)，多孔板，分流器，模芯，機頸和口模。 多孔板和過濾網(wǎng)的作用是使物料由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，阻止雜質(zhì)和未塑化的物料通過，以及增加料流背壓，使制品更加密實，分流器，模芯，口模則隨不同制品而異。b. 機頭和口模的主要組成部件過濾網(wǎng)換網(wǎng)器直通式管材口模示意圖直通式管材口模示意圖 熔融料的流

26、道應(yīng)十分光滑，表面粗糙度Ra不低于1.6mm并呈流線形，流道不能突然擴大或縮小，更不能有死角。 為保證物料通過口模后具有規(guī)定的斷面形狀和足夠的定型時間，口模應(yīng)有足夠的成型長度。 機頭成型部分橫截面的大小，必須保證物料有足夠的壓力，使得制品密實并消除拼縫線，因此物料在機頭中應(yīng)保持一定的壓縮比。 在滿足強度的條件下，結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊。對機頭和口模的要求對機頭和口模的要求加熱裝置 (Heating Device)冷卻裝置 (Cooling Device) 溫度測定 (Temp. Measurement)控制裝置 (Control Device)6. 溫控裝置 a. 熱載體加熱 利用熱載體（蒸氣、油等）作為

27、加熱介質(zhì) 的加熱方法稱為熱載體加熱. b. 電阻加熱 c. 電感加熱 通過電磁感應(yīng)在機筒產(chǎn)生電的渦流使機筒 發(fā)熱，從而達到加熱機筒中物料的目的. d.紅外加熱(1) 加熱裝置電阻加熱器電感加熱器鑄鋁電加熱器電感應(yīng)加熱器(2）冷卻裝置風(fēng)冷卻：優(yōu)點是冷卻比較柔和，缺點是冷卻速 度慢，體積大，噪聲大，易使外界溫 度影響.水冷卻：比風(fēng)冷速度快，體積小，噪聲低，但 易造成急冷，冷卻水管結(jié)垢。油冷卻：可克服以上缺點，但成本較高。 a.機筒的冷卻水冷卻料筒風(fēng)冷卻料筒擠出機料筒的冷卻擠出機料筒的冷卻b. 螺桿的冷卻c. c. 料斗座的冷卻料斗座的冷卻(3) 溫度測量與控制a. 溫度的測量 熱電偶 (Therm

28、ocouple) 電阻溫度計 (Resistance Thermometer) 熱敏電阻 (Thermosensitive Resistance) b. 控溫方法 手動控制，也叫調(diào)壓器控制，精度較差。 位式調(diào)節(jié) 時間比例調(diào)節(jié) PID調(diào)節(jié)（比例積分微分控制） 位式溫度控制時間比例控制溫度控制方式1) 原料輸送干燥 (Convey & Dry)2) 定型冷卻 (Sizing & Cooling)3) 牽引裝置 (Drawing Device)4) 切割裝置 (Cutting Device)5) 其他輔助裝備 (Other Devices) 7.輔助設(shè)備 (Auxiliary Dev

29、ices) 雙螺桿擠出機的組成 雙螺桿擠出機的分類 螺桿的螺紋元件 雙螺桿擠出機的工作特性二. 雙螺桿擠出機Twin Screw Extruder雙螺桿擠出機結(jié)構(gòu)雙螺桿擠出機結(jié)構(gòu)Main Structure of a Twin Screw Extruder 機筒 螺桿 加熱器機頭傳動裝置加料裝置機座Main Structure of a Twin Screw Extruder Main Structure of a Twin Screw Extruder 雙螺桿擠出機的主要結(jié)構(gòu)12234567雙螺桿擠出機的分類 嚙合類型 旋轉(zhuǎn)方向非嚙合型部分嚙合型全嚙合型同向反向 結(jié)構(gòu)形狀平行雙螺桿錐形雙螺桿

30、全嚙合型非嚙合型部分嚙合型雙螺桿擠出機螺桿的嚙合類型雙螺桿擠出機螺桿的旋轉(zhuǎn)方向同向反向(向內(nèi))反向(向外)平形雙螺桿錐形雙螺桿雙螺桿擠出機的螺桿結(jié)構(gòu)螺桿的螺紋元件根據(jù)用途一般采用積木式，其元件主要有: 螺紋塊 捏合塊 齒形塊 1.強制輸送作用 在同向旋轉(zhuǎn)嚙合的雙螺桿擠出機中，兩根螺桿相互嚙合，嚙合處一根螺桿的螺紋插入另一根螺桿的螺槽中，使其在物料輸送過程中不會產(chǎn)生倒流或滯流。無論螺槽是否填滿。輸送速度基本保持不變，具有最大的強制輸送性。同時，螺紋嚙合處對物料剪切過程使物料的表層得到不斷地更新，增進了排氣效果，因此雙螺桿擠出機比單螺桿擠出機具有更好的排氣性能。雙螺桿擠出機的工作特性2. 混合作用

31、 由于兩根螺桿相互嚙合，物料在擠出過程中進行著比單螺桿擠出機中更為復(fù)雜的運動，不斷受到縱向橫向的剪切混合，從而產(chǎn)生大量熱能，使物料加熱更趨均勻，達到較高的塑化質(zhì)量。3.自潔作用 反同旋轉(zhuǎn)的雙螺桿，在嚙合處的螺紋和螺槽間存在速度差，相互擦離過程中，相互剝離黏附在螺桿上的物料，使螺桿得到自潔。 同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿，在嚙合處兩根螺桿的運動方向相反，相對速度更大，因此能剝?nèi)ジ鞣N積料，有更好的自潔作用。1.螺桿直徑 (Screw Diameter) 2.螺桿長徑比 (L/Ds) (Length/Diameter Ratio)3.螺桿的轉(zhuǎn)向 (Rotation Direction)4.壓縮比 ( ) (Co

32、mpressing Ratio)5.螺桿轉(zhuǎn)速 (N) (Screw Speed）6.雙螺桿的中心距 ( Distance Between Screws)7.螺桿與料筒間隙 (Clearance)8.螺槽深度 (Channel Depth)雙螺桿出機的主要參數(shù)雙螺桿出機的主要參數(shù)6.2.3 6.2.3 擠出成型原理擠出成型原理 (The Principles of Extrusion)(The Principles of Extrusion) 6.2.3.1 6.2.3.1 固體輸送固體輸送 (Solid Convey)(Solid Convey) 6.2.3.2 6.2.3.2 熔融理論熔融理

33、論 (Mechanism of Melting)(Mechanism of Melting) 6.2.3.3 6.2.3.3 熔體輸送熔體輸送 (Melt Convey)(Melt Convey) 6.2.3.4 6.2.3.4 螺桿和機頭的特性曲線螺桿和機頭的特性曲線 （The Specific Curve The Specific Curve of the Screw & Die)of the Screw & Die) 物料與螺槽和料筒內(nèi)壁所有邊緊密接觸，形成固體塞或固體床，并以恒定的速率移動； 略去螺翅與料筒的間隙，物料重力和密度變化等的影響； 螺槽深度是恒定的，壓力只是

34、螺桿長度的函數(shù)，摩擦系數(shù)與壓力無關(guān)； 螺槽中固體物料像彈性固體塞一樣移動。4.3.1 固體輸送理論假設(shè)：假設(shè)：6.2.3.2 6.2.3.2 熔化理論熔化理論1.熔化過程的實驗和現(xiàn)象分析 采用可視化擠出采用可視化擠出機觀察物料的熔化機觀察物料的熔化過程過程, ,或者或者 穩(wěn)定擠穩(wěn)定擠出過程中進行緊急出過程中進行緊急剎車，驟冷，然后剎車，驟冷，然后抽出螺桿，取螺槽抽出螺桿，取螺槽中的物料分析其熔中的物料分析其熔化狀態(tài)。化狀態(tài)。高密度聚乙烯的熔化過程分析觀察結(jié)果 物料在螺槽分成三個區(qū)域：固體床、熔池、熔物料在螺槽分成三個區(qū)域：固體床、熔池、熔膜。熔池截面積隨螺紋向前推進逐漸增大，固體膜。熔池截面積

35、隨螺紋向前推進逐漸增大，固體床則逐漸減少。床則逐漸減少。 目前廣為接受的熔化理論由目前廣為接受的熔化理論由ETadomanETadoman等等人提出的熔化過程模型人提出的熔化過程模型 2.熔融機理熔融機理熔融機理 由固體輸送區(qū)送入的物料，在由固體輸送區(qū)送入的物料，在進入熔化區(qū)后，即在前進的過程中進入熔化區(qū)后，即在前進的過程中同加熱的料筒表面接觸，熔化即從同加熱的料筒表面接觸，熔化即從這里開始，且在熔化時于料筒壁留這里開始，且在熔化時于料筒壁留下一層熔體膜，若熔體膜的厚度超下一層熔體膜，若熔體膜的厚度超過螺翅與料筒間隙，就會被旋轉(zhuǎn)的過螺翅與料筒間隙，就會被旋轉(zhuǎn)的螺翅刮落，并將其強制積存在螺翅螺翅

36、刮落，并將其強制積存在螺翅的前側(cè)，形成熔體池，而在螺翅的的前側(cè)，形成熔體池，而在螺翅的后側(cè)則為固體床，這樣，在沿螺槽后側(cè)則為固體床，這樣，在沿螺槽向前移動的過程中，固體床的寬度向前移動的過程中，固體床的寬度就會逐漸減少，直至全部消失，即就會逐漸減少，直至全部消失，即完全熔化，熔體膜形成后的固體熔完全熔化，熔體膜形成后的固體熔化是在熔體膜和固體床的界面發(fā)生化是在熔體膜和固體床的界面發(fā)生的，所需熱量一部分來自料筒的加的，所需熱量一部分來自料筒的加熱器，另一部分則來自于螺桿和料熱器，另一部分則來自于螺桿和料筒對熔體的剪切作用。筒對熔體的剪切作用。 Qd 正流：即沿著螺槽向機頭方向的流動，拖曳流動。Q

37、p 逆流：逆流方向與正流方向相反。QT 橫流：環(huán)流。QL 漏流：由反壓引起，通過螺桿與料筒間隙沿螺桿 軸向向料斗方向流動環(huán)流。 由于計量段復(fù)雜的流動形式，從而導(dǎo)致聚合物熔由于計量段復(fù)雜的流動形式，從而導(dǎo)致聚合物熔體不同的流動，其主要形式有：體不同的流動，其主要形式有：6.2.3.3 6.2.3.3 熔體輸送理論熔體輸送理論1.熔體在均化段的流動形式1).物料壓力 （Melt Pressure）2).螺桿轉(zhuǎn)速 (Screw Speed)3).螺桿的幾何尺寸 （Geometry of the Screw ）2.影響擠出生產(chǎn)率的因素物料壓力（Melt Pressure）PBANQPQ螺桿轉(zhuǎn)速（Scr

38、ew Speed）PBANQNQ1).螺桿直徑 (Diameter of the Screw)2).螺槽深度 (Depth of the Screw Channel)3).螺桿均化段長度 (Length of the Metering Zone)4).口模阻力 (Resistance of the Die)螺桿的幾何尺寸螺桿的幾何尺寸（Geometry of the ScrewGeometry of the Screw）均化段螺槽深度對擠出量的影響HH1 1：深螺槽深螺槽HH2 2：中等深度螺槽中等深度螺槽HH3 3：淺螺槽淺螺槽均化段螺槽長度對擠出量的影響機頭和口模阻力對擠出量和物料壓力的影

39、響螺桿直徑： Q與D2成正比，螺槽深度： 低壓時深槽擠出量大，均化段長度：較長時,擠出量受影響較小，口模阻力： 阻力小時,機頭內(nèi)壓力的微小， 波動能引起擠出量的很大變化。螺桿的幾何尺寸的影響6.2.4 6.2.4 擠出成型工藝過程及影響因素擠出成型工藝過程及影響因素 原料干燥(Raw materials dry) 擠出成型 (Extrusion) 制品的定型與冷卻(Sizing and Cooling) 牽伸和后處理(Drawing and Post-treatment)6.2.4.1擠出成型的工藝與過程1.1.原料干燥原料干燥水分水分的影響： 影響擠出過程中的塑化。 制品表面產(chǎn)生氣泡，表面陰

40、暗。 制品的物理機械性能下降。 一般水分含量應(yīng)低于0.5%.2.2.擠出成型擠出成型 擠出成型過程中的工藝因素有溫度，壓力和螺桿轉(zhuǎn)速。同時，溫度和螺桿轉(zhuǎn)速又決定了壓力的分布。擠出機中的壓力和溫度分布(1)溫度 (Temperature) 溫度升高，有利于料筒中物料黏度的降低，但隨著溫度升高，熔體流量增大，擠出穩(wěn)定性變差。同時，溫度太高導(dǎo)致形狀穩(wěn)定性差,不易定型、制品發(fā)黃、老化。 溫度太低，黏度過大，機頭壓力增加，制品更加密實，形狀穩(wěn)定性好，但塑化質(zhì)量下降,離模膨脹嚴重。(2)(2)螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速 (Screw Speed)(Screw Speed) 增大螺桿轉(zhuǎn)速能強化對物料的剪切作用，有利于

41、物料的混合和塑化，也能提高料筒中物料壓力。但轉(zhuǎn)速太快影響冷卻定型。螺桿轉(zhuǎn)速對壓力的影響3.制品的定型與冷卻 (1) 冷卻定型與方法 擠出單絲線纜包覆擠出片板板 材管 材棒 材異型材定型模具定型冷卻無須定型壓輥冷卻定型管材內(nèi)壓定徑方法管材真空定徑方法片材的壓輥冷卻定型裝置冷卻條件冷卻條件 結(jié)晶聚合物或軟質(zhì)聚合物宜快速冷卻, 否則易變形，無定型硬質(zhì)物料宜慢冷, 以免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 薄型制品快冷，厚型制品慢冷。 4.4.牽伸和后處理牽伸和后處理 (1)牽伸的作用 保持擠出物的穩(wěn)定性。 消除離模膨脹引起的尺寸變化 使制品產(chǎn)生一定程度的取向， 改進軸向強度和剛度。 后處理可提高尺寸穩(wěn)定性后處理可提高尺寸穩(wěn)

42、定性消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力 (2) 后處理的作用6.2.5幾種典型制品的擠出成型 管材的擠出成型 (Pipe Extrusion) 薄膜的擠出成型 (Film Extrusion) 板材的擠出成型 (Plate Extrusion) 片材的擠出成型 (Sheet Extrusion) 棒材擠出成型 (Bar Extrusion) 異型材擠出成型 (Profile Extrusion) 6.2.5.1.管材的擠出成型擠出口模水浴噴嘴冷浴切割真空管管材成型工藝控制因素 溫度控制:一般機頭溫度低于機身溫度,有 利于壓實,定型。 冷卻控制:料斗,螺桿,定徑套,水箱。 定徑方法:分真空定徑和內(nèi)壓定徑,大口

43、徑 管材采用內(nèi)壓法,小口徑管材則 實行真空定徑法。輔助設(shè)備及特點 管材機頭直通式 直角式偏心式一般采用直通式機頭直通式管材口模示意圖直通式管材口模示意圖偏心式管材口模結(jié)構(gòu)示意圖 復(fù)合管材口模結(jié)構(gòu)示意圖復(fù)合管材口模結(jié)構(gòu)示意圖 定徑套定徑套內(nèi)壓定徑內(nèi)壓定徑真空定徑真空定徑冷卻水箱Immersion Water BathSpray Water Cooling BathPedrail Haul-off Unit 牽引裝置牽引裝置（履帶式）（履帶式）Idler Wheel Haul-off Unit（滾輪式）（滾輪式）Conveyer Belt Haul-off Unit（傳送帶式）（傳送帶式）(5)切

44、割裝置Cutting Device2.波紋管擠出成型Extrusion Process of the Corrugated Pipe波紋管成型原理示意圖壓縮空氣壓縮空氣口模芯棒口模芯棒管材口模管材口模波紋成型模具波紋成型模具波紋管波紋管 擠出吹塑薄膜 直接擠出薄膜 共擠薄膜（復(fù)合膜） 6.2.5.2.6.2.5.2.薄膜的擠出成型薄膜的擠出成型1.擠出吹塑薄膜(Extrusion Blown Film)EXTRUDERBUBBLECOLLAPSING DEVICEAIR RINGNIP ROLLSEXTERNAL SIZINGPRODUCT（1）工藝流程）工藝流程 物料 擠出機 口模 吹脹 冷卻 切割 卷取 牽引 人字板夾平 檢驗包裝Extrusion Blown Film Unit 薄膜平擠平吹生產(chǎn)薄膜平擠下吹生產(chǎn)流程擠出機擠出機口模口模風(fēng)環(huán)風(fēng)環(huán)膜泡膜泡人字板人字板夾棍夾棍收卷收卷（2）工藝控制因素(Technology controlling parameters)1）溫度(Temperature)根據(jù)聚合物和黏度確定 LDPE： 140160 HDPE： 170 180 LLDPE： 190 210 PP： 190 210黏度越大，擠出吹塑溫度越高2) 吹脹